陳海松，樓增龍，賀偉雄，張洋

(中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，南京210007)

數(shù)據(jù)挖掘在維修器材貨位優(yōu)化中的應(yīng)用

陳海松，樓增龍，賀偉雄，張洋

(中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，南京210007)

針對(duì)部隊(duì)維修器材貨位優(yōu)化問題，按照為取而存的基本原則，提出了維修器材的綜合重要度概念。通過用數(shù)據(jù)挖掘中的時(shí)序預(yù)測(cè)得到維修器材的綜合重要度值，用ABC分類法對(duì)貨架進(jìn)行分區(qū)，最后根據(jù)維修器材和貨架區(qū)耦合分配得到貨位優(yōu)化分配方案。

數(shù)據(jù)挖掘;時(shí)序預(yù)測(cè);維修器材;貨位優(yōu)化

工程裝備維修器材倉(cāng)庫(kù)是工程裝備保障的后方基地，是實(shí)現(xiàn)維修器材存儲(chǔ)、周轉(zhuǎn)的重要場(chǎng)所，器材管理的好壞對(duì)工程裝備的保障起至關(guān)重要作用。維修器材的貨位擺放管理是倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理的重要環(huán)節(jié)，其管理的好壞影響到器材的出入庫(kù)效率，最終會(huì)影響到工程裝備的戰(zhàn)備完好性能。

在軍用倉(cāng)庫(kù)貨位優(yōu)化研究中，很多學(xué)者研究用倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)進(jìn)行器材貨位的分配優(yōu)化。王征提出在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中用遺傳算法對(duì)器材存放貨位進(jìn)行優(yōu)化［1］，孫盛智提出通過軍用倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)物資出庫(kù)和入庫(kù)的路徑優(yōu)化從而分配貨位［2］，馮碩設(shè)計(jì)軍械倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)貨位布局方案設(shè)計(jì)來優(yōu)化器材貨位［3］。但在部隊(duì)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)著歷年維修器材調(diào)撥數(shù)據(jù)，所以本文提出用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來分析器材調(diào)撥數(shù)據(jù)，將結(jié)果應(yīng)用于器材貨位優(yōu)化，從而提高器材出入庫(kù)效率。

1 綜合重要度指標(biāo)的提出

器材貨位優(yōu)化，就是在當(dāng)前的器材放置位置上根據(jù)器材本身和外在變化因素動(dòng)態(tài)再重新分配器材的貨位，從而達(dá)到提高器材出庫(kù)效率的目的。

1.1維修器材貨位分配原則

1)基本原則

貨位分配的基本原則是“為取而存”。經(jīng)實(shí)際調(diào)研后，對(duì)貨位分配中會(huì)考慮到3個(gè)因素:維修器材的重量、數(shù)量和出庫(kù)頻率。當(dāng)前部隊(duì)器材倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)模式基本還是人工作業(yè)或者使用叉車作業(yè)，如果出庫(kù)器材的重量大、數(shù)量多、周轉(zhuǎn)頻繁，必然優(yōu)先將這類器材放置在離倉(cāng)庫(kù)門口近的貨架上，以縮短出入庫(kù)時(shí)間，提高出庫(kù)作業(yè)效率。以下就從出庫(kù)時(shí)間t來考慮這3個(gè)因素對(duì)貨位分配的影響，以及這3個(gè)因素之間的重要性。

2)數(shù)量?jī)?yōu)先原則

針對(duì)某些器材每次請(qǐng)領(lǐng)出庫(kù)數(shù)量比較多，根據(jù)實(shí)際情況將這類維修器材放置在靠近門的貨位上。這里定義“數(shù)量重要度”Is，其表達(dá)式為Is=f(ss)，表示單位時(shí)間內(nèi)器材出庫(kù)總量ss與數(shù)量重要度之間的關(guān)系。從倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中能夠得到每種維修器材的單位時(shí)間出庫(kù)總量，通過關(guān)系式能求得Is值，數(shù)值大則將這類器材放置在離倉(cāng)庫(kù)門口越近的貨位上。

3)重量?jī)?yōu)先原則

考慮到保持貨架的穩(wěn)定性，將重的器材放置在貨架低的貨位上，而且盡可能地靠近門以方便出入庫(kù)。定義“重量重要度”Ig并有關(guān)系式為Ig=f(g)。Ig代表某一維修器材的重量重要度，g代表維修器材單位時(shí)間的出庫(kù)重量。從一般情況可得出庫(kù)時(shí)間與器材的重量成正相關(guān)，即器材的重量越大其出庫(kù)耗費(fèi)的時(shí)間就越多。所以將Ig數(shù)值大的器材優(yōu)先放置在靠近門的貨位上。

4)頻率優(yōu)先原則

器材的出入庫(kù)頻率是貨位分配問題的一個(gè)重要因素，出庫(kù)次數(shù)多意味著器材保管員取的次數(shù)也多，所以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)將出庫(kù)頻次多的維修器材放置在離門近的貨位上。這里定義“頻率重要度”Iu，其關(guān)系式為Iu=f(u)，u代表某種器材的出庫(kù)頻率。根據(jù)關(guān)系式器材的出庫(kù)頻率越大該器材的重要度就越大，所以把Iu數(shù)值大的器材放置在離門口近的貨架上。

1.2 綜合重要度指標(biāo)

根據(jù)貨位分配原則，應(yīng)綜合考慮器材的出庫(kù)數(shù)量、出庫(kù)頻率、出庫(kù)重量來優(yōu)化貨位，針對(duì)不同器材分別設(shè)置權(quán)重w1、w2、w3并且綜合這3個(gè)因素來度量該器材重要度:Iz=w1Ig+ w2Is+w3Iu，其中Iz為該器材的重要度;Ig、Is、Iu分別為該器材的重量重要度、數(shù)量重要度、頻率重要度。從其中看出由于設(shè)置了權(quán)重，故以上3個(gè)重要度在總的重要度中占得比重不同。而分析發(fā)現(xiàn)頻率優(yōu)先原則中出庫(kù)時(shí)間與數(shù)量?jī)?yōu)先原則中的出庫(kù)時(shí)間實(shí)質(zhì)上是一致的，因?yàn)槌鰩?kù)頻率u與相關(guān)一致，是冗余的。所以可將綜合后的重要度改為Iz=w1Iu+w2Ig，其中Iu為頻率重要度，該值與出庫(kù)器材的數(shù)量和頻率成正相關(guān)。

1.3 重要度要素分析

根據(jù)重要度計(jì)算公式Iz能得出每種維修器材的綜合重要度值，然而對(duì)于具體的倉(cāng)庫(kù)布局，Iu、Ig函數(shù)公式以及權(quán)重系數(shù)w1、w2也不同。以下對(duì)重量重要度Ig和頻率重要度Iu進(jìn)行分析。

1)重量重要度Ig:在重量?jī)?yōu)先原則中有重量重要度關(guān)系式Ig=f(g)，考慮器材出庫(kù)的時(shí)間公式為又有運(yùn)送器材的小車功率為w=f·v=μ·g·v，可以得到速度vg與出庫(kù)器材重量g成反比例關(guān)系。推導(dǎo)可得距離dg與出庫(kù)器材重量g成反比例關(guān)系。而已經(jīng)得到Ig與距離d成反比關(guān)系，所以綜合可得出Ig與出庫(kù)器材重量g成正比例關(guān)系。根據(jù)實(shí)際倉(cāng)庫(kù)情況，為簡(jiǎn)化起見有如下函數(shù)

其函數(shù)如圖1所示。

圖1 重量重要度函數(shù)

2)頻率重要度Ig:在頻率優(yōu)先原則中有頻率重要度關(guān)系式Iu=f(u)。同樣考慮器材出庫(kù)的時(shí)間公式為u，有du與u成反比例關(guān)系。而已經(jīng)得到Iu與距離du成反比關(guān)系，所以綜合可得u與Iu成正比例關(guān)系。同樣根據(jù)實(shí)際情況并且為簡(jiǎn)化起見，設(shè)有如下函數(shù)

通過頻率重要度和重量重要度公式的計(jì)算，能夠得出維修器材的綜合重要度值。下面就用數(shù)據(jù)挖掘算法中的時(shí)序預(yù)測(cè)模型對(duì)于器材出庫(kù)頻率和重量進(jìn)行預(yù)測(cè)，以求得頻率重要度和重量重要度的數(shù)值。

2 時(shí)序預(yù)測(cè)模型

數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中挖掘有趣模式和知識(shí)的過程，數(shù)據(jù)源包括數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、Web、其他信息存儲(chǔ)庫(kù)或者動(dòng)態(tài)地流入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)［4］。時(shí)間序列預(yù)測(cè)是數(shù)據(jù)挖掘方法研究中的熱點(diǎn)問題。時(shí)間序列預(yù)測(cè)根據(jù)時(shí)間序列型數(shù)據(jù)，由歷史的和當(dāng)前的數(shù)據(jù)推測(cè)未來的數(shù)據(jù)［5］。

2.1 時(shí)序模型

本文基于Microsoft SQL Server 2008 Analysis Services采用Microsoft時(shí)序算法對(duì)數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè)，該算法在進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)同時(shí)使用ARTxp算法和ARIMA算法［6－9］，其中ARTxp算法適用于短期預(yù)測(cè)，ARIMA算法適用于長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，最后結(jié)合2個(gè)算法結(jié)果產(chǎn)生最佳預(yù)測(cè)數(shù)值。

2.2 重要度的時(shí)序預(yù)測(cè)

對(duì)于器材的重要度Iz預(yù)測(cè)主要是對(duì)重量重要度Ig和頻率重要度Iu進(jìn)行預(yù)測(cè)，以及對(duì)權(quán)重w1、w2的確定。在針對(duì)以上2個(gè)重要度的預(yù)測(cè)，根據(jù)某部隊(duì)倉(cāng)庫(kù)維修器材出庫(kù)記錄，統(tǒng)計(jì)2008年1月到2012年12月某種工程裝備維修器材的每月出庫(kù)頻率數(shù)據(jù)如表1所示，通過SQL Server Analysis分析來預(yù)測(cè)其在未來一段時(shí)間內(nèi)的值。

表1 維修器材月出庫(kù)頻率

從圖2中根據(jù)預(yù)測(cè)曲線得該種器材在2013年11月的出庫(kù)頻率為24，從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢得到當(dāng)月的器材出庫(kù)重量為42 kg，而頻率u與頻率重要度Iu及重量g與重量重要度Ig都是成線性正比關(guān)系，在部隊(duì)倉(cāng)庫(kù)有重量重要度Ig和頻率重要度Iu公式為

將器材月出庫(kù)頻率u和出庫(kù)重量g值分別代入公式后可得重量重要度Ig為0.504，頻率重要度Iu為0.48。對(duì)該倉(cāng)庫(kù)確定權(quán)重w1為0.72，w2為0.28。根據(jù)重要度公式可得到該維修器材的重要度Iz為0.238。同理可以根據(jù)公式對(duì)該倉(cāng)庫(kù)中十種維修器材重要度Iz值計(jì)算出來，并按照數(shù)值大小從高到低排序，如表2所示。

圖2 維修器材出庫(kù)頻率預(yù)測(cè)

表2 維修器材重要度值

3 基于ABC分類法的倉(cāng)庫(kù)貨位分區(qū)

對(duì)于貨架的分區(qū)主要根據(jù)離庫(kù)房門的距離將庫(kù)房劃分為A、B、C 3個(gè)區(qū)，其中A區(qū)是離庫(kù)房門最近的區(qū)域，B區(qū)是離庫(kù)房門稍遠(yuǎn)的區(qū)域，其余都是C區(qū)。由于工程兵部隊(duì)維修器材倉(cāng)庫(kù)的布局不同其劃分也不同，以下是2種典型的維修器材倉(cāng)庫(kù)布局圖，那么根據(jù)各自的特點(diǎn)給這2類倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行劃區(qū)如圖4所示。

圖3 器材倉(cāng)庫(kù)分區(qū)

4 貨位分配方案

根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)維修器材入庫(kù)貨位分配具體過程:

1)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的調(diào)撥單數(shù)據(jù)，利用SQL Server Analysis對(duì)維修器材出庫(kù)頻率以及出庫(kù)重量預(yù)測(cè)結(jié)果，通過重要度公式計(jì)算對(duì)重要度值從高到低進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果對(duì)維修器材進(jìn)行分類，分成一、二、三級(jí)重要度器材;

2)結(jié)合部隊(duì)當(dāng)前器材倉(cāng)庫(kù)布局現(xiàn)狀對(duì)其進(jìn)行劃分區(qū)域，根據(jù)離倉(cāng)庫(kù)大門的距離劃分為A、B、C3個(gè)區(qū);

3)將器材重要度值的劃分級(jí)別與劃分的區(qū)域?qū)?yīng)匹配，將對(duì)應(yīng)的器材安排放置在相應(yīng)的區(qū)域中。在同一貨架中重量重要度值大的器材放置在較低的貨位上;同時(shí)出庫(kù)頻率較多的器材也放置在距離較近的貨位上;

4)確定具體貨位編碼。根據(jù)以上維修器材貨位優(yōu)化過程，制定分配方案如表3所示。

表3 器材貨位分配方案

5 結(jié)束語

部隊(duì)維修器材倉(cāng)庫(kù)貨位分配方案制定時(shí)必須綜合考慮器材的出入庫(kù)頻率、數(shù)量、質(zhì)量等方面的因素，利用數(shù)據(jù)挖掘中的時(shí)序算法對(duì)器材歷史出庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。將得出的重要度值按照貨位分配方案來對(duì)器材進(jìn)行貨位優(yōu)化。但是合適的貨位分配方案確定是一個(gè)逐步優(yōu)化過程，在分析歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上還須結(jié)合實(shí)際器材保管員的調(diào)整，最后才會(huì)有高效出庫(kù)的貨位分配方案。

［1］王征.遺傳算法在軍隊(duì)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.沈陽(yáng):東北大學(xué)，2008.

［2］孫盛智.軍用倉(cāng)庫(kù)智能化管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［D］.南京:南京郵電大學(xué)，2011.

［3］馮碩.軍械倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.沈陽(yáng):東北大學(xué)，2008.

［4］Jiawei Han，Micheline Kamber.數(shù)據(jù)挖掘概念與技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［5］賈澎濤，何華燦，劉麗，等.時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘綜述［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24(11):15－18.

［6］BOX GEP，Jenkins.Time Series Analysis Forecasting and Control［M］.USA:Holden－day，1976.

［7］王紅瑞，康健，林欣，等.水文序列ARIMA模型應(yīng)用中存在的問題與改進(jìn)方式［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2008 (10):166－175.

［8］張杰，劉小明，賀玉龍，等.ARIMA模型在交通事故預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33(12):1295－1299.

［9］劉峰，王儒敬，李傳席.ARIMA模型在農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2009，45(25):238－239.

(責(zé)任編輯楊繼森)

Application of Data Mining in Maintenance Material Slotting Optim ization

CHEN Hai－Song，LOU Zeng－Long，HEWei－Xiong，ZHANG Yang
(College of Field Engineering，PLA University of Science＆Technology，Nanjing 210007，China)

For the problem of armymaintenancematerial slotting optimization，according to the basic principle of easy－picking，this paper puts forward the concept of comprehensive importance ofmaintenancematerial and get the number of comprehensive importance ofmaintenancematerial through the time series prediction.ABC Classification method is applied in the partition of the shelves，maintenance material and shelves are coupled to get the plan of slotting optimization.

datamining;time series prediction;maintenancematerial;slotting optimization

:A

1006－0707(2014)07－0033－04

format:CHEN Hai－Song，LOU Zeng－Long，HEWei－Xiong，et al.Application of Data Mining in Maintenance Material Slotting Optimization［J］.Journal of Sichuan Ordnance，2014(7):33－36.

本文引用格式:陳海松，樓增龍，賀偉雄，等.數(shù)據(jù)挖掘在維修器材貨位優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2014(7):33－36.

10.11809/scbgxb2014.07.010

2014－03－02

陳海松(1969—)，男，副教授，主要研究工程裝備保障理論與技術(shù)研究。樓增龍(1988—)，男，碩士研究生，主要研究工程裝備保障理論與技術(shù)研究。

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